CN107167681A - 一种高温超导带材的载流特性测试装置及测试方法 - Google Patents

一种高温超导带材的载流特性测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

一种高温超导带材的载流特性测试装置及测试方法，测试装置的主要构成是，液氮杜瓦的顶部开有相对的两个半圆形的导槽，铜质的螺纹杆插入导槽中，并通过螺帽悬挂于液氮杜瓦中；螺纹杆的顶端与直流源相连；螺纹杆下部的导孔活动套合在圆环状的导轨；高温超导带材的端部焊接在螺纹杆的下端；纳伏表的引线则焊接在高温超导带材的非端部位置；升降螺杆插入液氮杜瓦顶部中心的升降孔中，并通过升降螺帽悬挂于液氮杜瓦中；升降螺杆的底部与倒U型的电磁铁的顶部固定连接，电磁铁的底部与导轨固定连接；两个多级阶梯状的半圆台固定在液氮杜瓦的底部，且两个半圆台的圆弧面相对。本发明能够测出不同磁场和不同弯曲半径下高温超导带材临界电流的变化。

Description

一种高温超导带材的载流特性测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及一种高温超导带材的载流特性测试装置及测试方法。
背景技术
随着高温超导带材性能的不断提升，高温超导带材开始在超导电缆，超导储能装置，超导变压器，超导限流器等各种超导装置中运行。这些超导装置中使用的超导带材往往会处于弯曲状态，随着弯曲半径的不同，会产生不同的弯曲应变，进而对高温超导带材的载流能力(临界电流)造成较大的影响。对于Y系高温超导带材，它是一种涂层导体，超导层不在带材的中心对称位置上，超导层靠近弯曲中心时和超导层背离弯曲中心时，对高温超导带材的载流能力的影响也是不同的。
超导装置尤其是超导变压器在使用过程中，会存在一定的漏磁现象，这种外部磁场对超导装置的载流能力也会造成影响，使其临界电流降低，从而影响超导装置的正常运行。
为降低以至避免弯曲和外部磁场对超导装置的性能影响，需要对不同弯曲半径下及不同磁场下的高温超导带材的载流能力进行测试，从而为使用弯曲高温超导带材的超导装置的设计和加工提供试验依据。
现有的高温超导带材的载流能力测试装置，只能测出不同弯曲半径对高温超导带材的载流能力的影响；不能测试背景磁场与弯曲的共同作用，对高温超导带材的载流能力的影响；并且在弯曲对高温超导带材的载流能力的影响时，一次只能测出一种弯曲半径，得出一个临界电流值。而测试下一个弯曲半径所对应的临界电流值，则必须打开低温杜瓦，将高温超导带材取出，重新将高温超导带材弯曲成下一个设定的半径，再重新放入低温杜瓦中，进行下一次测试。高温超导带材在取出重新弯曲时，迅速升温，又放入低温杜瓦迅速降温，温度的骤然变化，会在高温超导带材形成影响载流能力的残留温度应变，也会导致测试结果不准确、误差大。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种磁场下高温超导带材的临界电流在弯曲应变下的测试装置，该装置能够测出不同磁场和不同弯曲半径下高温超导带材临界电流的变化，从而为高温超导强磁体或变压器的设计和制造提供更可靠的实验依据。
本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是：一种高温超导带材的载流特性测试装置，包括液氮杜瓦、液氮杜瓦中的高温超导带材，与高温超导带材相连的直流源和纳伏表，其特征在于：
所述的液氮杜瓦的顶部开有相对的两个半圆形的导槽，铜质的螺纹杆插入导槽中，并通过其上部连接的螺帽悬挂于液氮杜瓦中；螺纹杆的顶端与直流源相连；螺纹杆通过其下部的导孔活动套合在圆环状的导轨的轨体上；所述的导轨为不导电的玻璃钢制成；高温超导带材的端部焊接在螺纹杆的下端；纳伏表的引线则焊接在高温超导带材的非端部位置；
升降螺杆插入液氮杜瓦顶部中心的升降孔中，并通过其上部连接的升降螺帽悬挂于液氮杜瓦中；升降螺杆的底部与倒U型的电磁铁的顶部固定连接，电磁铁的底部与导轨的轨体固定连接；
两个多级阶梯状的半圆台固定在液氮杜瓦的底部，且两个半圆台的圆弧面相对。
进一步，本发明的一种高温超导带材的载流特性测试装置，其特征在于，所述的升降螺帽上设有与半圆台的阶梯高度匹配的刻度。
本发明的第二目的是提供一种使用上述的磁场下高温超导带材的临界电流在弯曲应变下的测试装置，进行外部磁场下高温超导带材弯曲应变的测试方法，该方法能快速、方便地测出不同磁场和不同弯曲半径下高温超导带材临界电流的变化。
本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种使用权利要求1或2所述的高温超导带材的载流特性测试装置进行外部磁场下高温超导带材弯曲应变的测试方法，其操作是：
A、向液氮杜瓦中注入液氮，直到高温超导带材完全浸入液氮；
B、旋转两个螺纹杆连接的螺帽和升降螺帽，使两个螺纹杆、升降螺杆及其相连的电磁铁、下导轨处于设定的高度；并使两个螺纹杆及其下端焊接的高温超导带材处于平直位置；
C、给电磁铁通以设定的电流，使其产生设定的恒定或交变的背景磁场；
D、通过直流源向高温超导带材通以从小至大的直流电，当纳伏表测出的电压达到1μV/cm时，记录向高温超导带材通过的直流电流值，即测出当前条件下高温超导带材的临界电流值；
E、将两个螺纹杆沿导槽向高温超导带材超导层的方向滑动，使螺纹杆下端焊接的高温超导带材与多级阶梯状的半圆台上的对应半径的半圆形阶梯完全贴合；
重复步骤D的操作，测出高温超导带材在超导层靠近弯曲中心时对应弯曲半径下的临界电流值；
F、将两个螺纹杆及其高温超导带材回退到平直位置；
重复步骤D的操作，测出高温超导带材弯曲后回复到平直状态的临界电流值；
G、将两个螺纹杆沿导槽向步骤E进行反向滑动，使螺纹杆下端焊接的高温超导带材与另一多级阶梯状的半圆台上的对应半径的半圆形阶梯完全贴合圆台；
重复步骤D的操作；测出高温超导带材在超导层背离弯曲中心时时对应弯曲半径下的临界电流值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明通过向杜瓦内的电磁铁通以不同的电流，使待测的不同弯曲应变下的高温超导带材处于相应的恒定或交变的背景磁场；从而能够测量在不同背景磁场下的高温超导带材对应不同弯曲应变的临界电流值。解决了现有技术不能测试背景磁场与弯曲的共同作用对高温超导带材载流能力的影响的问题。
二、本发明通过升降螺母与升降螺杆及螺纹杆的配合，实现了对高温超导带材在液氮环境内的精确升降；在通过螺杆的滑动，使高温超导带材和不同对应半径的圆台阶的完全贴合，从而实现了高温超导带材不同半径的弯曲操作；能直接测出不同弯曲半径(弯曲应变)下高温超导带材的临界电流值。并且通过螺杆的反向滑动，实现了当超导层靠近弯曲中心时和超导层背离弯曲中心时的临界电流值不离液氮环境的连续测量。避免了现有的装置在测量不同半径、不同弯曲方向，均需要将高温超导带材取出液氮环境，重新安装而引起的残余温差应变和操作不当，对高温超导带材的弯曲应变的影响，其测试结果更准确、误差小。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的主视结构示意图。
图2为本发明实施例的左视结构示意图。
图3为本发明实施例的俯视结构示意图。
具体实施方法
实施例
图1-3示出，本发明的一种具体实施方式是，一种高温超导带材的载流特性测试装置，包括液氮杜瓦3、液氮杜瓦3中的高温超导带材4，与高温超导带材4相连的直流源和纳伏表，其特征在于：
所述的液氮杜瓦3的顶部开有相对的两个半圆形的导槽10，每个导槽10中均插有铜质的螺纹杆1，螺纹杆1共有两个；所述的螺纹杆1其上部连接的螺帽2悬挂于液氮杜瓦3中，且螺纹杆1的顶端与直流源相连；螺纹杆1通过其下部的导孔活动套合在圆环状的导轨5上；所述的导轨5为不导电的玻璃钢制成；高温超导带材4的端部焊接在螺纹杆1的下端；纳伏表的引线则焊接在高温超导带材4的非端部位置；
升降螺杆6插入液氮杜瓦3顶部中心的升降孔中，并通过其上部连接的升降螺帽7悬挂于液氮杜瓦3中；升降螺杆6的底部与倒U型的电磁铁8的顶部固定连接，电磁铁8的底部与导轨5固定连接；
两个多级阶梯状的半圆台9固定在液氮杜瓦3的底部，且两个半圆台9的圆弧面相对。
本例的升降螺帽7上设有与半圆台9的阶梯高度匹配的刻度。
一种本例的高温超导带材的载流特性测试装置进行外部磁场下高温超导带材弯曲应变的测试方法，其操作是：
A、向液氮杜瓦3中注入液氮，直到高温超导带材4完全浸入液氮；
B、旋转两个螺纹杆1连接的螺帽2和升降螺帽7，使两个螺纹杆1、升降螺杆6及其相连的电磁铁8、下导轨5处于设定的高度；并使两个螺纹杆1及其下端焊接的高温超导带材4处于平直位置；
C、给电磁铁8通以设定的电流，使其产生设定的恒定或交变的背景磁场；
D、通过直流源向高温超导带材4通以从小至大的直流电，当纳伏表测出的电压达到1μV/cm时，记录向高温超导带材4通过的直流电流值，即测出当前条件下高温超导带材的临界电流值；
E、将两个螺纹杆1沿导槽10向高温超导带材超导层的方向滑动，使螺纹杆1下端焊接的高温超导带材4与多级阶梯状的半圆台9上的对应半径的半圆形阶梯完全贴合；
重复步骤D的操作，测出高温超导带材在超导层靠近弯曲中心时对应弯曲半径下的临界电流值；
F、将两个螺纹杆1及其高温超导带材(4)回退到平直位置；
重复步骤D的操作，测出高温超导带材弯曲后回复到平直状态的临界电流值；
G、将两个螺纹杆1沿导槽10向步骤E进行反向滑动，使螺纹杆1下端焊接的高温超导带材4与另一多级阶梯状的半圆台9上的对应半径的半圆形阶梯完全贴合圆台；
重复步骤D的操作；测出高温超导带材在超导层背离弯曲中心时时对应弯曲半径下的临界电流值。

Claims (3)

1.一种高温超导带材的载流特性测试装置，包括液氮杜瓦(3)、液氮杜瓦(3)中的高温超导带材(4)，与高温超导带材(4)相连的直流源和纳伏表，其特征在于：
所述的液氮杜瓦(3)的顶部开有相对的两个半圆形的导槽(10)，每个导槽(10)中均插有铜质的螺纹杆(1)，螺纹杆(1)共有两个；所述的螺纹杆(1)其上部连接的螺帽(2)悬挂于液氮杜瓦(3)中，且螺纹杆(1)的顶端与直流源相连；螺纹杆(1)通过其下部的导孔活动套合在圆环状的导轨(5)上；所述的导轨(5)为不导电的玻璃钢制成；高温超导带材(4)的端部焊接在螺纹杆(1)的下端；纳伏表的引线则焊接在高温超导带材(4)的非端部位置；
升降螺杆(6)插入液氮杜瓦(3)顶部中心的升降孔中，并通过其上部连接的升降螺帽(7)悬挂于液氮杜瓦(3)中；升降螺杆(6)的底部与倒U型的电磁铁(8)的顶部固定连接，电磁铁(8)的底部与导轨(5)固定连接；
两个多级阶梯状的半圆台(9)固定在液氮杜瓦(3)的底部，且两个半圆台(9)的圆弧面相对。
2.根据权利要求1所述的一种高温超导带材的载流特性测试装置，其特征在于，所述的升降螺帽(7)上设有与半圆台(9)的阶梯高度匹配的刻度。
3.一种使用权利要求1或2所述的高温超导带材的载流特性测试装置进行外部磁场下高温超导带材弯曲应变的测试方法，其操作是：
A、向液氮杜瓦(3)中注入液氮，直到高温超导带材(4)完全浸入液氮；
B、旋转两个螺纹杆(1)连接的螺帽(2)和升降螺帽(7)，使两个螺纹杆(1)、升降螺杆(6)及其相连的电磁铁(8)、下导轨(5)处于设定的高度；并使两个螺纹杆(1)及其下端焊接的高温超导带材(4)处于平直位置；
C、给电磁铁(8)通以设定的电流，使其产生设定的恒定或交变的背景磁场；
D、通过直流源向高温超导带材(4)通以从小至大的直流电，当纳伏表测出的电压达到1μV/cm时，记录向高温超导带材(4)通过的直流电流值，即测出当前条件下高温超导带材的临界电流值；
E、将两个螺纹杆(1)沿导槽(10)向高温超导带材超导层的方向滑动，使螺纹杆(1)下端焊接的高温超导带材(4)与多级阶梯状的半圆台(9)上的对应半径的半圆形阶梯完全贴合；
重复步骤D的操作，测出高温超导带材在超导层靠近弯曲中心时对应弯曲半径下的临界电流值；
F、将两个螺纹杆(1)及其高温超导带材(4)回退到平直位置；
重复步骤D的操作，测出高温超导带材弯曲后回复到平直状态的临界电流值；
G、将两个螺纹杆(1)沿导槽(10)向步骤E进行反向滑动，使螺纹杆(1)下端焊接的高温超导带材(4)与另一多级阶梯状的半圆台(9)上的对应半径的半圆形阶梯完全贴合圆台；
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